机械毕业设计1102螺旋式自动定量包装机设计说明书.doc
机械毕业设计1102螺旋式自动定量包装机设计说明书
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机械毕业设计1102螺旋式自动定量包装机设计说明书,机械毕业设计论文
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螺旋式自动定量包装 机设计 1 1 绪论 1.1 本课题的研究内容 和 意 义 随着人们生活水平的日益提高 ,对产品的包装要求也越来越高，自动定量包装机是轻工业产业中必不可少的自动机械之一，我国近些年来包装工业发展迅速，但又在某种程度上受到机械工业发展相对滞后的影响。包装机械发展较为缓慢，因此进行颗粒包装机的设计研究具有一定的意义 。 通过本次也涉及，能够是我们对包装机械有一个铰深的了解，对螺旋式结构，包装机工作过程进行分析研究并有所创新，同时也培养了对我们所学知识的理解、收集、查阅文献资料的能力，发现、分析、解决问题的能力。 1.2 国内外 的发展概况 国内：我国的包装机械概况与展望目前我国包装机械企业规模偏小，技术装备不是很完善，管理水平比较低，自我发展和技术设计开发能力较弱，产品品种单一。产品技术含量、附加值较低；新产品开发周期长，不能及时响应市场需求，及时提供市场、用户急需的产品。企业主要精力都花费在量的扩张上，对质的提升、科技进步的投入严重不足，产品在低水平上重复 ； 另外，产品安全防护措施较差，安全意识不强。目前我国的包装机械产品普遍存在质量不稳定、性能单一、成本高、技术含量低的状况。但包装行业产品量广，我们的行业仍然欣欣向荣，堪称“朝阳 工业”。 国外 ： 国外 包装机械业概况美国、日本、德国、意大利是世界上包装机械四大强国。 美国是世界上包装机械发展历史较长的国家，早已形成了独立完整的包装机械体 系，其品种和产量均居世界之首 。 10 多年来，美国始终保持着世界最大包装机械生 产和消费大 国的地位。其产品以高、大、精、尖产品居多，机械与计算机紧密结合，实现机电一体化控制。新型机械产品中以成型、填充、封口三种机械的增长最快 ， 裹包机和薄膜包装机占整个市场份额的 15%，纸盒封盒包装机在市场占有率中居第二位。一些大公司 生产的包装机械集机 -电 -仪及微机控制于 一体， 采用光电感应，以光标控制，并配有 防静电装置。其大型自动包装机不仅包装容积大 ， 课题的目 的、意义；国 内外技术现 状及发展趋 势 而且能集制袋、称重、充填、抽真 空、封口等工序在一台单机上完成。德国包装机械业多年来始终处于稳定增长状态 ， 出口比例占 80%左右。德国是世界上最大的包装机械出口国。 意大利是仅次于德国的第二大包装机械出口国。 意大利的包装机械多用于食品工 业，具有性能优良、外观考究、价格便宜的特点，出口比例占 80%左右 。 目前，世界各国对包装机械的发展都十分重视，集机、电、气、光、生、磁为一 体的高新技术产品不断涌现。生产高效率化、资源高利用化、产品节能化、高新技术实用化、科研成果商业化已成为世界各国包装机械发展的趋势 。 1.3 本课题应 达到的要求 1.完成对自动定量包装机机械部分的设计与优化，并完成机械部分的二维图、三维图。其中机械部分的设计先要对原产品进行测绘，并运用现代设计方法按照要求对其进行优化设计。其中包括储料仓的设计、双螺旋给料机构的设计、夹袋机构的设计与缝包装置的设计等。 2.完成 PLC 控制系统与液压气压控制系统的设计 ， 并对 PLC 控制系统进行程序编制。其中液压气压系统主要 对夹袋装置的收缩与伸张进行控制 ， 而 PLC 程序编制采用通用的梯nts无锡太湖学院学士学位论文 2 形图进行，以便于交流运用 。 nts螺旋式自动定量包装 机设计 3 2 机械结构的设计 2.1 双螺旋给料机的设计 2.1.1 已知参数和工作条件 本次设计的 定量 包机装 大螺旋包装量 为 1.5t/h， 小螺旋为 0.9t/h。 2.1.2 螺旋 给料机 机输送量和功率计算 水平螺旋 给料 机的生产率可以按照下边的经验公式进行计算 : FVQ 3600 (t/h) (2.1) 式中 :F 机槽内物料的横断面积 （ m）； V 被输送的物料的轴向的运动速度； 物料的单 位容积重量 （ t/m） 。 机槽内物料的横断面积为 KDF 42 (2.2) 式中 :D 螺旋叶片直径 （ m） ； 机槽的填充系数 ， 其具体数据可见下 表 2-1； 倾斜布置的输送机对 F 的修正系数 ， 由于本次设计的输送进料部分是水平方向布置，故其值为 1.0； K 螺旋叶片的形式对输送量的影响系数，见表 2-2。 表 2-1（ 各种散料的特性系数 ） 表 2-2（ 螺旋叶片形式的修正系数 ） 查询粮食工程设计手册中的关于螺旋输送轴的有关设计技术要求等 ， 选择满面式叶片的螺旋体 ， 根据螺旋 给料 机螺旋体与螺旋轴的系列推荐尺寸 ， 选择螺旋体直径 D=160mm，对应的螺旋轴直径 d=36mm。 再 根据以下公式进行计算 CKSnDQ 247 (2.3) 式中 :D 螺旋叶片直径 ， 以选择的为 160mm； 物料的装满系数； S 螺距 ， 推荐的直径 为 160mm的叶片对应的螺距为 130mm； 物料名称 推荐填充系数 A 值 小麦 0.30 0.40 65 稻谷 0.30 0.40 60 面粉 0.30 0.40 40 麸皮、米糠、胚芽 0.20 0.35 40 50 棉籽 0.30 0.35 55 碎油饼 0.25 0.30 40 叶片形式 满面式 齿式 带式 浆式 K 1.0 0.8 0.7 0.3 nts无锡太湖学院学士学位论文 4 n 螺旋轴转速 （ r/min） ， 系列值为 60、 70、 80、 90、 100、 110、 120、 140、160、 190， 选择推荐值 100r/min； 物料容重 ， 上面表格可查阅； C 倾斜修正系数 ， 为水平布置 ， 其值为 1.0； K 螺旋叶片叶形的影响系数，选择的为满面式，其值 1.0。 驱动电动机功率 （ kw） 计算公式 KHwLQN 367 (2.4) 式中 :Q 给料 量，已知数据是 1.5t/h； w 物料阻力系数：粮食及其加工产品取 1.2 1.3， 麦芽、棉籽、糖块取 1.5，苏打、食盐取 2.5； L 螺旋 给料 机的水平投影长度，设计量为 1.0m； H 倾斜输送时物料提升的高度，向上为 +， 向下为 -本次设计为水平布置，为 0； K 电机功率储备系数，取 1 1.4； 总 传动效率取 0.94。 螺距不仅决定着螺旋的升角，还决定着在一定填充系数下物料运行的滑移面，所以螺距的大小直接影响着物料输送过程。最大螺距应满足下列两个条件 : 要考虑螺旋面与物料的摩擦关系以及速度各分量间的适当分布关系两个条件，来确定最合理的螺距尺寸。 物料颗粒在螺旋面轴向方向上的作用力为 )c os( 合轴 PP为了轴P, 则必须满足条件 2。 在最小半径2dr处的螺旋升角 是最大的，输送方向的作用力轴p最小。根据这个条件，最大的许用螺距值，由下式确定 2m a x dtgs (2.5) ds max(2.6) 若以DdK 1(D是 螺旋的外径 )代人上式，则得 Dks 1max (2.7) 另外，在确定最大的许用螺距时，必须满足的第二个条件是建立在使物料颗粒具有最合理的速度各分量间的关系的基础上的， 即应使物料颗粒具有尽可能大的轴向 给料 速度，同时又使螺旋面上各点的轴向输送速度大于圆周速度。螺距的大小将影响速度各分量的分布。当螺距增加时，虽然轴向输送速度增大，但是会出现圆周速度不恰当的分布情况 ;相反，当螺距较小时，速度各分量的分布情况较好，但是轴向输送速度却较小。于是，根据在螺旋圆周处的轴圆 VV 的条件 。 nts螺旋式自动定量包装 机设计 5 12216012260 22rsrssnrsrssn (2.8) 即 rtgrs 24112 (2.9) 可得出 Dtgs 4(2.10) 所以 ， s 需要满足 Dks 1，和 Dtgs )4( 两个条件。 物料的摩擦系数同物料在料槽里的运动取向、运动速度、物料的尺寸、湿度以及螺旋叶片材料及表面状态等有关。输送物料的摩擦系数可参考连续 运输机设计手册。通常可按下式计算螺距 kDs (2.11) 对于标准的螺旋输送机， k 值一般取为 0.8 1。当倾斜布置或输送物料流动性较差时0.8k ； 当水平布置，可取 k 值等于 0.8 1。 故取 1k ， 那么 大螺旋 螺距为 s =0.50m，小螺旋螺旋为 s =0.25m。 螺旋轴径的大小与螺距有关，因为两者共同决定了螺旋叶片的升角，也就决定了物料的滑移方向及速度分布，所以应从考虑螺旋面与物料的摩擦关系以及速度各分量的适当 分布来确定最理的轴径与螺距之间的关系。 图 2.1(螺旋叶片受力分析 ) 从上图可以看出，物料在螺旋面上轴向受力分量 轴F 为 )c os( 合轴 FF （ 为螺旋升角） (2.12) 式中 :a角是由物料对螺旋面的摩擦角 P以及螺旋表面粗糙程度决定的。对于一般热压或用冷扎钢板拉制的螺旋片表面，可以忽略螺旋叶面粗糙程度对 9)角的影响，此时可 认为 。所以， )c os( 合轴 FF(2.13) 因为螺旋升角 a在叶片根部最大，此处的输送方向 (轴向 )作用力最小。 d 与 s 应满足关系之一是 0轴F，即 2。将 tg ，dstg 带入上式并整理得出： nts无锡太湖学院学士学位论文 6 sud (2.14) 确定最小轴径还应满足的第二个条件是物料具有尽可能大的轴向速度，同时螺旋面上各点的轴向速度大于圆周速度。 圆周速度和轴向速度分别为 1)2(260 2 rsrssnV圆(2.15) 1)2(2160 2 rsrssnV轴(2.16) 图 2.2 (螺旋叶片速度分析 ) 要使得螺旋面在叶片根部的轴向速度大于圆周速度，得出 nsd 11(2.17) 根据上式计算，当 取 0.3， Ds )18.0( 时， Dd )59.047.0( ； 当 u值增加时， Dd 还增加，也就是说，根据上式计算得出的轴径相当大，这势必降低有效输送截面为了 保证足够的有效输送截面从而保证输送能力，就得加大结构，使得输送机结构粗大笨重，成本提高。所以，螺旋轴径与螺距的关系应是输送功能与结构的合。在能够满足输送要求的前提下，应尽可能使结构紧凑。由于这种场合使用的输送机填充系数较低，只要保证靠近叶片外侧的物料具有较大的轴向速度，且向速度大于圆周速度即可。经综合分析可得 大 螺旋轴直径d1=35mm,小螺旋直径 d2=65mm。 由于螺旋 给料 机 够 属于小型的连续输送设备，结构简单。在输送物料的时候，对于螺旋轴径所占据的截面，对输送能力有一定的影响。所以在输送能力计算时不能忽略轴径所占的截面 。 nts螺旋式自动定量包装 机设计 7 由输送量公式 sn KKdDQd604)2( 22 (2.18) 可以得出转速 n -)2(15 22 dDrsKKQnd (2.19) 式中， n 为螺旋转数 (r/ min)， s为螺旋螺距 (m)， 为螺旋叶片外径与料槽内壁最小间隙，一般 为 5 15mm。 一般说来 ，螺旋转速加快，生产能力提高。但是当转速超过一定的极限值时，物料会因为离心力过大而向外抛，以致无法输送，所以转速 n还需 要有一定的限定，不能超过某一极限值。 实际转速与最大转速之间有一定的限定关系 gRR 2m a x2 (2.20） DArRgkn 2(2.21）式中： kgA 22 ， D 螺旋直径 (m)， A 物料综合特性系数。 如果计算得到的转速太高，则应对计算出的螺旋轴径 D 、 d 、 s 值适当调整查表可得A =35，又有 D =0.250m。计算可得：极限转速 n =70（ r/m） 。圆整为下列转速： 20、 30、35、 45、 60、 75、 90、 120、 150、 190r/min。故取大螺旋转速为 n =60r/min，小螺旋转速为n =45r/min。 螺旋 给料机 的驱动功率，是用 于克服在物料输送过程中的各种阻力所消耗的能量，主要包括以下几个部分 。 1） 使被运物料提升高度 H(水平或倾斜 )所需的能量 ； 2） 被运物料对料槽壁和螺旋面的摩擦所引起的能量消耗 ； 3） 物料内部颗粒间的相互摩擦引起的能量消耗 ； 4） 物料沿料槽运动造成在止推轴承处的摩擦引起的能量消耗 ； 5） 中间轴承和末端轴承处的摩擦引起的能量消耗。 从另外的角度 ,可以这样分 ， 物料与料槽间摩擦消耗的功率 ； 物料与螺旋叶片间摩擦消耗的功率 ； 轴承处摩擦消耗的功率 ； 提升物料及物料颗粒间相互运动消耗的功率。 这样 ， 螺旋 给料 机的电动机驱动功率 ， 就由机构运动过程中所产生的阻力来决定的。阻力主要由以下几个部分组成 。 1） 物料与料槽之间的磨擦力阻力 ； 2） 物料对螺旋的摩擦阻力 ； 3） 物料倾斜向上输送时的阻力 ； 4） 物料悬挂轴承下的堆积阻力 ； 5） 物料被搅拌所产生的阻力 ； 6） 轴承的摩擦阻力 。 2.1.3 螺旋 给料 机进出料口装置 nts无锡太湖学院学士学位论文 8 螺旋输送机的出料口有方形出料口、手推式出料口和齿条式出料口三种 ， 后两种出料口拉板的开闭方向，按安装不同分为右装、左装两种 。 右装 站在螺旋机头节往尾节看，拉板向右拉开； 左装 站在螺旋机头节往尾节看，拉板向左拉开。 图 2.3(进料口 ) 图 2.4(出 料口 ) 2.1.4 槽体的设计 图 2.5(槽体 ) nts螺旋式自动定量包装 机设计 9 如图 2.5 所示， 水平慢速螺旋 给料 机的料槽通常用 2 4mm 厚的薄钢板 构成 成。横断面两侧壁垂直，底部为半圆形，每节料槽的端部和侧壁上端均用角钢加固，以保证料槽的刚度，实现节与节间、顶部盖板与料槽的连接，料槽底部应设置铸铁件或角钢焊接件的支承脚。底部半圆的内径应比螺旋叶片直径大 4 8mm。垂直快速螺旋输送机料槽横断面为圆形，通常采用薄壁无缝钢管制成。 不锈钢或薄钢板制成园筒或带有垂直侧边的 U 形槽，为了便于连接和增 加刚性，在料槽的纵向边缘及各节段的横向接口处都焊有角钢，料槽有时也用木板制成，其半圆形槽底包有铁片，每隔 2 3(米 )设支架一个，槽用可拆卸的盖子盖在上面。料槽的内直径要稍大于螺旋直径，使两者之间有一间隙。螺旋和料槽制造、装配愈精确间隙可愈小。这对减少磨这对减少磨损和动力消耗非常重要，一般间隙为 6.09.5 毫米 。 2.1.5 螺旋 给料 机安装技术条件 螺旋机安装的正确性是以后使用情况良好的先决条件之一，其在使用地点的安装必须妥善地进行，并满足技术条件的要求。 （ 1） 螺旋机安装基础至少应在螺旋 机正式安装以前 20 天浇灌完成 ,该基础应能可靠地支承输送机并保证不同地基过小而发生螺旋机下沉和额外的变化 ,保证螺旋机在运转时具有足够稳定性。 （ 2） 螺旋机在安装以前必须将那些在运输中或卸箱时粘上的尘垢的机件加以清洗。 （ 3） 相邻机壳法兰石应连接平整、密合，机壳内表面接头处错位偏差不超过 2mm。 （ 4） 机壳法兰间允许垫石棉调整机壳和螺旋长度的积累误差。 （ 5） 外 径 与机壳间的间隙应符合 ， 表 2-3 规定最小间隙不得少于表中规定数值的 60%，需要大间隙，按用户要求制作。 表 2-3（ mm） （外径与机壳间间隙） 螺 旋公称直径 D 100 160 250 315 400 500 630 800 1000 1250 间隙 6 10 12.5 15 20 （ 6） 螺旋机各中间悬吊轴承应可靠地固定在机壳吊耳上 ， 与相邻螺旋联连后螺旋转动均匀 ， 没有被卡住现象，安装时可在吊轴承底座与机壳吊耳间加调整垫片以保证各吊轴承同轴安装后螺旋体轴线的同轴度应符合表 2-4 规定。 表 2-4（螺旋体轴线同轴度） 螺旋机长度 (cm) 315 1530 3050 5070 同轴度 (mm) 3.0 4.0 5.0 5.0 （ 7） 螺旋机主轴与减速电器的同轴度应符合 GB1184-80 形状和位置工差 ,未注公差的规定 附表 4 中 10 级的规定。 （ 8） 螺旋机的各底座在机壳装妥后，均应使之着实后再拧紧地脚螺钉。 （ 9） 所有联结螺钉均应拧紧至可靠的程度。 （ 10） 进出料口现场安装应使进出料口的法兰支承面与螺旋机的本体轴线平行，与相连接的法兰应紧密贴合 ， 不得有间隙。 （ 11） 螺旋机装妥后应检查各存油处是否人足够润滑油，不够则加足之，其后进行无负载试车；在连续进行 4 小时以 上试运转后，检查螺旋机装配的正确性，发现不符合下列条件的应即停车，处理后再运转，直至处于良好运行状态为止。 nts无锡太湖学院学士学位论文 10 2.1.6 传动装置的选择 （ 1） 传动装置总体设计： 1） 组成： 传动装置由电机、 链轮 、工作机组成 ； 2） 特点 ： 齿轮 沿轴向载荷分布不均匀，要求轴有较大的刚度 ； 3） 确定传动方案： 1 电动机； 2 联轴器； 3 链轮 ； 4 联轴器； 5 工作机 。 （ 2） 电机的选择 表 2-5（大小螺旋电机规格） 大螺旋 小螺旋 电机的型号 G3LM-32-20-150 G3LM-22-25-T040 功率 1.5KW 0.4KW 电压 AC220V AC220V 2.1.7 螺旋输送机的使用与维护 螺旋 给料机 是用来 对 粉状 、 粒状 、 小块状物料的一般用途的 给料 设备 ， 各种轴承均处于灰尘中工作 ， 因此在这样工况条件下的螺旋机的合理操作与保养就具有更大的意义 ， 螺旋机的操作和保养主要要求如下 。 （ 1） 螺旋机应无负载起动，即在机壳内没有物料时起动，起动后方能向螺旋机给料 。 （ 2） 螺旋机初始给料时，应逐步增加给料速度至达到额定输送能力，给料应均匀，否则容易造成输送物料的积塞，驱动装置的过 载，使整台机器早日损坏 。 （ 3） 为了保证螺旋机无负载起动的要求，输送机在停车前应停止加料，等机壳内物料完全输尽后方可停止运转 。 （ 4） 被输送物料内不得混入坚硬的大块物料，避免螺旋卡死而造成螺旋机的损坏 。 （ 5） 在使用中经常检视螺旋机各部位的工作状态，注意各紧固机件是否松动，如果发现机件松动，则应立即拧紧螺钉，使之重新紧固 。 （ 6） 应当特别注意螺旋管与联接轴间的螺钉是否松动，如发现此现象应立即停止，矫正之 。 （ 7） 螺旋机的机盖在机器运转时不应取下，以免发生事故 。 （ 8） 螺旋 机运转中发生不正常现象均应加以检查，并消除之，不得强行运转 。 （ 9） 螺旋机各运动机件应经常加润滑油 。 1） 驱动装置的减速器应按其说明书要求润滑 ； 2） 螺旋机两端轴承箱内用锂基润滑脂，每半月注入一次约 5 克 ； 3） 螺旋机吊轴承，选用 M1 类别，其中 80000 型轴承浸在融化了润滑脂中与润滑脂一道冷却，重新装好后使用；如尼龙密封圈损坏应及时更换，使用一年，用以上方法再保养一次，可获良好效果 ； 4） 螺旋机吊轴承，选用 M2 类别，每班加注润滑脂，每个吊轴承瓦注脂约 5 克，高温物料应使用 ZN2 钠基 润滑脂 GB492-77 ，采用自润滑轴瓦，也应加入少量润滑脂 ； 5） 螺旋 给料机 机的保养 ， 俗称日保或班保，有操作人员进行。它的主要内容是班前外观目检 ，加油润滑，空载运行，精心操作，班后清料。不管情况如何，均应在交接记录上如实载明备查 。 2.2 称重传感器的设计 nts螺旋式自动定量包装 机设计 11 2.2.1 称重装置的结构形式选择 （ 1） 集装袋定量 包装机的称量形式基本分为毛重式和净重式。连同包装袋一起进行称重的方式称为毛重式（ 图 2.6a),采用称量斗对物料进行称重后再充填到包装袋的方式为净重式（ 图 2.6b）。图 2.6a: 该 种包装机工作过程是直接将图 1a 所示料包 1 内的待称物料充填到包装袋 2,在充填的同时对袋 内物料进行称量 ,当被称物料的重量达到设定值时 ,充填自动停止。由于是连同包装袋一起称量的 ,所以称之为毛重式包装机。图 2.6b:先由称量斗 4 对物料进行称量 ， 然后再将物料充填到包装袋内 ， 称量充填分 2 步完成。其特点是包装速生产能力大 ， 但设备体积大 ， 设备土建投资相对也大。 （ 2） 称量精度 两种包装机工作形式的比较 1） 称量精度 两种工作形式的称量精度基本相同。 2） 包装能力 毛重式包装机最快工作速度为 60 s/ 袋 ； 净重式包装机最快速度为 40s/袋。 3） 设备价格 毛重式包装机价格较低 ,净重式包装机价格比毛重式约高 1倍。 4） 占用空间 毛重式包装机占用空间高度约为 3 4 m,净重式约为 6 8 m 。 通过比较 ,我们认为在包装能力没有特别要求的情况下 ,采用 净重式 包装机是较佳的选择 。 2.2.2 结构改进 （ 1） 毛重式称重机构采用杠杆原理，在传感器普及之前被广泛使用 。但其称量度较低，在包装时容易产生误差。目前普遍使用压力称重传感器称重提高了效率与精确度。结构上，本文将舍弃杠杆结构，直接将称量桶吊装到称量传感器上。 （ 2） 称量 装置 的壁顶部加装一个小型 1/4 圆形加强肋，防止 落料 桶受力变形。 （ 3） 称量 装置 的吊架直接采用角钢，刚性较好另外在与吊装传感器的螺栓两边加装加图 2.6（ 称量装置结构形式 ) nts无锡太湖学院学士学位论文 12 强肋，防止横梁变形。 （ 4） 称量 装置落料桶 口盖的结构改进 ， 机电包装机的桶盖与桶身及气缸的连接杆是直接焊接在一起的 ， 不能活动。桶盖的自由度与连接杆一样，只能绕转动副在竖直方向转动。这样的话 一旦 转动副松动或连接杆变形，桶盖与桶口的接触关系就会被破坏，造成密封不良。本文将桶盖与连接杆间又加了一个转动副，这样桶盖的受力方向只能竖直向上，即使出现转动副松动，桶盖仍然能够与桶口保持密切接触。另外 ， 可以在需要时在桶盖内侧加装橡胶密封垫，以适应对不同的物料的称量。 2.2.3 秤体结构 ： 秤体由秤架和称量器组成。秤架将给料装置、称量器、下料槽连成一体。气动控制箱装在框架的一侧，内置传感器接线盒、电磁阀等。端面用于安装传感器结构件。 称量器由秤斗及称重传感器等组成，秤斗一侧水平放置放料气缸，用于秤斗放料门 的开启/闭合。 图 2.7(称 重装置 ) 2.2.4 称量桶材料选择 由于称重装置要求称量精度，而且称量的物料（化肥）含有化学成分，会有腐蚀金属的现象。为了保证称量精度和称重装置的整体结构及功能性，本文选择了白铁皮、不锈钢板作为候选称量桶的制作材料。 2.2.5 称体容积选择 考虑到重力式颗粒料定量包装机工作的连续性，储料斗内的粮食至少要保证两次包装所需的质量，即 50kg。由于是双称包装，以实现必要时粒料分别称重与混合。 每个称重桶的容积为 3072.0 mVVV 梯形主体上口料斗 储料斗的容量为 料斗料斗 VM 由于容重 的取值关系到储料斗所装粮食的最小质量，因此在本文中以容重较轻的大米为例来进行计算 3/kg1200 m大米 由计算结果可知，储料斗容积是满足要求的 。 称量控制仪表料斗给料门卸料门传感器nts螺旋式自动定量包装 机设计 13 2.3 缝包装置的选择 根据机台要求课选择 GK35-2C 型缝包机，改款缝包机采用铜合金连杆和轴套及滚动轴承运动设计合理，油杯滴注、手动注油结合毛毡注油润滑，半自动机械剪线装置，零件耐磨、缝纫熟度高噪音低、维修方便，使用寿命长等特点。 2.4 储料仓的设计 储料斗的形状上大下小，与螺旋给料装置用法兰连接并配有手动插板阀门，用于调整下料流量及维护检修用。侧面装有上、下料位计 ， 用以检测储料斗的料位。达到低料位是，告知系统暂停灌包，等待加料 ;达到高料位时，控制上料 机停止输料，其结构简图 如图 2.8。 图 2.8(储料仓 ) 2.5 带式输送机选择 带式输送机选用 J 型驱动装置 ， 最大功率及配套见表 2-6。 表 2-6（ J 型驱动装置 最大功率及配套 ） 规格 转速 (r/min) 输送量 (m3/h) 驱动装置 许用长度 (m) 电动机型号 减速器型号 LS200 100 13 Y90L-4-1.5 ZQ25-i6-I 16 Y100L1-4-2.2 ZQ25-i6-I 23 Y100L2-4-3 ZQ35-i6-I 30 Y112M-4-4 ZQ35-i6-I 35 80 10 Y100L1-4-2.2 ZQ35-i5-I 27 Y100L2-4-3 ZQ35-i5-I 35 63 8 Y90L-4-1.5 ZQ25-i4-I 25 Y100L1-4-2.2 ZQ35-i4-I 35 50 6.2 Y90L-4-1.5 ZQ35-i3-I 27 Y100L1-4-2.2 ZQ35-i3-I 35 LS250 90 22 Y100L1-4-2.2 ZQ25-i6-I 14 Y100L2-4-3 ZQ25-i6-I 19 Y112M-4-4 ZQ35-i6-I 25 Y132S-4-5.5 ZQ35-i6-I 35 71 18 Y100L1-4-2.2 ZQ35-i5-I 14 Y100L2-4-3 ZQ35-i5-I 21 Y112M-4-4 ZQ35-i5-I 28 Y90L-4-1.5 ZQ25-i4-I 25 Y100L1-4-2.2 ZQ35-i4-I 35 Y90L-4-1.5 ZQ35-i3-I 27 Y100L1-4-2.2 ZQ35-i3-I 35 nts无锡太湖学院学士学位论文 14 续表 2-6 LS250 转速(r/min) 输送量(m3/h) 驱动装置 许用长度 (m) 电动机型号 减速器型号 56 14 Y132S-4-5.5 ZQ40-i5-I 35 Y90L-4-1.5 ZQ25-i4-I 14 Y100L1-4-2.2 ZQ35-i4-I 21 Y100L2-4-3 ZQ35-i4-I 29 Y112M-4-4 ZQ35-i4-I 35 45 11 Y90L-4-1.5 ZQ35-i3-I 17 Y100L1-4-2.2 ZQ35-i3-I 25 Y100L2-4-3 ZQ35-i3-I 35 LS315 80 31 Y100L1-4-2.2 ZQ35-i5-I 8 Y112M-4-4 ZQ35-i5-I 15 Y132S-4-5.5 ZQ40-i5-I 20 Y132M-4-7.5 ZQ40-i5-I 27 Y160M-4-11 ZQ50-i5-I 35 63 24 Y100L1-4-2.2 ZQ35-i4-I 9 Y100L2-4-3 ZQ35-i4-I 13 Y112M-4-4 ZQ35-i4-I 18 LS315 63 24 Y132S-4-5.5 ZQ40-i4-I 25 Y132M-4-7.5 ZQ40-i4-I 35 50 19 Y90L-4-1.5 ZQ35-i3-I 8 Y100L1-4-2.2 ZQ35-i3-I 12 Y100L2-4-3 ZQ35-i3-I 17 Y112M-4-4 ZQ40-i3-I 23 Y132S-4-5.5 ZQ40-i3-I 30 40 15.4 Y100L-6-1.5 ZQ35-i4-I 10 Y112M-6-2.2 ZQ35-i4-I 15 Y132S-6-3 ZQ40-i4-I 20 Y132M1-6-4 ZQ40-i4-I 27 Y132M2-6-5.5 ZQ40-i4-I 35 LS400 71 62 Y132M1-6-4 ZQ35-i7-I 8 Y132M2-6-5.5 ZQ35-i7-I 12 Y160M-6-7.5 ZQ40-i7-I 16 Y160L-6-11 ZQ40-i7-I 24 Y180L-6-15 ZQ50-i7-I 32 Y132M2-6-5.5 ZQ40-i6-I 14 Y160M-6-7.5 ZQ40-i6-I 19 Y160L-6-11 ZQ50-i6-I 26 Y180L-6-15 ZQ50-i6-I 35 Y132M1-6-4 ZQ40-i4-I 10 Y132M2-6-5.5 ZQ40-i4-I 14 Y160M-6-7.5 ZQ50-i4-I 19 Y160L-6-11 ZQ65-i4-I 26 Y180L-6-15 ZQ65-i4-I 35 Y132M2-6-5.5 ZQ40-i4-I 35 nts螺旋式自动定量包装 机设计 15 续表 2-6 规格 转速 (r/min) 输送量(m3/h) 驱动装置 许用长度 (m) 电动机型号 减速器型号 LS400 56 49 Y132S-6-3 ZQ35-i6-I 8 Y132M1-6-4 ZQ35-i6-I 10 Y132M2-6-5.5 ZQ40-i6-I 14 Y160M-6-7.5 ZQ40-i6-I 19 Y160L-6-11 ZQ50-i6-I 26 Y180L-6-15 ZQ50-i6-I 35 45 39 Y132M1-6-4 ZQ40-i4-I 10 Y132M2-6-5.5 ZQ40-i4-I 14 Y160M-6-7.5 ZQ50-i4-I 19 Y160L-6-11 ZQ65-i4-I 26 Y180L-6-15 ZQ65-i4-I 35 36 31 Y112M-6-2.2 ZQ40-i3-I 9 Y132S-6-3 ZQ40-i3-I 13 Y132M1-6-4 ZQ40-i3-I 17 Y132M2-6-5.5 ZQ50-i3-I 24 Y160M-6-7.5 ZQ65-i3-I 32 Y160L-6-11 ZQ65-i3-I 35 LS500 63 98 Y132M2-6-5.5 ZQ40-i6-I 8 63 98 Y160M-6-7.5 ZQ40-i6-I 11 Y160L-6-11 ZQ50-i6-I 16 Y180L-6-15 ZQ50-i6-I 22 Y180M-4-18.5 ZQ65-i4-I 27 Y180L-4-22 ZQ65-i4-I 33 40 62 Y132M2-6-5.5 ZQ40-i5-I 8 Y160M-6-7.5 ZQ50-i5-I 13 Y160L-6-11 ZQ65-i5-I 20 Y180L-6-15 ZQ65-i5-I 27 Y200L1-6-18.5 ZQ65-i5-I 34 32 50 Y132S-6-3 ZQ40-i3-I 8 Y132M1-6-4 ZQ50-i3-I 11 Y200L1-6-18.5 ZQ65-i5-I 34 Y132S-6-3 ZQ40-i3-I 8 Y132M1-6-4 ZQ50-i3-I 11 25 45 Y132M1-6-4 ZQ50-i2-I 8 Y132M2-6-5.5 ZQ65-i2-I 11 Y160M-6-7.5 ZQ65-i2-I 15 Y160L-6-11 ZQ65-i2-I 22 Y180L-6-1.5 ZQ75-i2-I 30 Y225S-8-18.5 ZQ75-i2-I 35 Y160M-6-7.5 ZQ65-i3-I 21 Y160L-6-11 ZQ65-i3-I 30 Y180L-6-15 ZQ65-i3-I 35 Y132M2-6-5.5 ZQ40-i5-I 4.5 nts无锡太湖学院学士学位论文 16 续表 2-6 规格 转速(r/min) 输送量 (m3/h) 驱动装置 许用长度 (m) 电动机型号 减速器型号 LS630 50 140 Y160M-6-7.5 ZQ65-i3-I 21 Y160L-6-11 ZQ65-i3-I 30 Y180L-6-15 ZQ65-i3-I 35 Y132M2-6-5.5 ZQ40-i5-I 4.5 Y160M-6-7.5 ZQ50-i3-I 7 Y160L-6-11 ZQ65-i5-I 11 Y180L-6-15 ZQ65-i5-I 15 Y200L1-6-18.5 ZQ65-i5-I 19 Y200L2-6-22 ZQ65-i5-I 22 Y225M-6-30 ZQ75-i5-I 29 Y250M-6-37 ZQ75-i5-I 35 40 112 Y160M-6-7.5 ZQ50-i4-I 9 Y160L-6-11 ZQ65-i4-I 14 Y180L-6-15 ZQ65-i4-I 19 Y200L1-6-18.5 ZQ65-i4-I 24 Y200L2-6-22 ZQ65-i4-I 29 Y225M-6-30 ZQ75-i4-I 35 32 90 Y132M2-6-5.5 ZQ50-i3-I 9 Y160M-6-7.5 ZQ65-i3-I 12 Y160L-6-11 ZQ65-i3-I 18 Y180L-6-15 ZQ65-i3-I 24 Y200L1-6-18.5 ZQ75-i3-I 30 Y200L2-6-22 ZQ75-i3-I 35 Y160L-6-11 ZQ65-i3-I 18 LS630 25 77 Y132M1-6-4 ZQ50-i2-I 8 Y132M2-6-5.5 ZQ65-i2-I 11 Y160M-6-7.5 ZQ65-i2-I 15 Y160L-6-11 ZQ65-i2-I 22 Y180L-6-1.5 ZQ75-i2-I 30 Y225S-8-18.5 ZQ75-i2-I 35 查表 2.6 我们选择 电动机 Y90L-4-1.5 以及 减速器 ZQ35-i3-I 驱动装置。 2.6 夹袋装置的设计 因为 包装物品 出料口是竖直方向圆筒，所以夹紧杆处于夹紧位置时应处于竖直方向，此时加紧点与转动点的竖直距离为 0.196m。处于夹紧位置时，其竖直方向杆长 130mm，倾斜方向杆长 130mm， 由于摆杆摆动角度为 5，则夹紧杆摆动也为 5，其从夹紧状态转到放松 状态中，经过计算，其水平移动距离 36mm，以可以轻松装上面粉袋，设计可用。为了便于套装面粉袋，所以出料筒要比面粉袋口直径小，将出料口直径定为 250mm。由于摆动角度 5，其摆动角度不大，且在凸轮旋转一圈的过程中，摆杆只有 4s 钟绕轴转动，其他的 56s 时间都处于静止，所以其转动轴对摩擦不敏感，将连接摆杆与夹紧杆的转动轴悬挂于机床上 ， 润滑采用脂润滑。 图 2.9 为夹紧杆处于夹紧位置时，摆杆、夹料筒的位置 。 nts螺旋式自动定量包装 机设计 17 图 2.9（夹袋装置） nts无锡太湖学院学士学位论文 18 3 螺旋式包装机的 PLC设计 3.1 PLC简介 S7-200S 属于模块式 PLC， 主要由机架 、 CPU 模块 、 信号模块、功能模块、接口模块、通信处理器、电源模块和编程设备组成。如图 3.1 为 PLC 控制系统示意图。 图 3.1(PLC 控制系统示意图 ) 3.2 PLC 设计 3.2.1 硬件配置 （ 1） PLC 选用 S7-200 型 （ 2） 电源选用 PS307 型 （ 3） CPU 选用 CPU221 型 （ 4） 输入模块选用 数字量为 16 点的输入模块（ SM321 DI16DC24V） （ 5） 输出模块 选用 数字量为 16 点的输出模块（ SM322 DO16DC24V/0.5A） （ 6） 模拟量模块 模拟量为 8 通道输入模块 （ SM331 AI816bit） （ 7） 根据地址分配表，数字量输入 I0.0 到 I1.1 为 10 个端口，另外还有 BCD 拨码开关要用到 12（ 3 位 4 ） 个端口，一共 22 个端口 ， 321 为 16 点输入，所以要用到两个数字量输入模块；数字量输出 Q0.0 到 Q0.8 一共 13 个端口，故选用一个输出模块；模拟量位数选定方法如下 , 拟量模块能满足测量重量小于 20g 的精度要求 ,故需 14 位的模拟量模块（ 200kg/213=0.024kg,200kg/214=0.012kg） 。 3.2.1 程序流程图 程序流程图如图 3.2 nts螺旋式自动定量包装 机设计 19 图 3.2（ 程序流程图 ） 3.2.3 I/O 地址及符号地址表 I/O 地址及符号地址表 3-1： 表 3-1（ 程序流程图 ） I0.0 启动按钮 I0.1 停止按钮 I0.2 掉袋位信号 I0.3 上料位信号 I0.4 下料位信号 I0.5 故障信号 I0.6 紧停信号 I0.7 复位信号 I1.0 压袋位信号 I1.1 计数器清零信号 Q0.0 启动 皮带输送 电机 Q0.1 启动粗给料电机 Q0.2 启动 细 给料机 Q0.3 袋 ok 信号 Q0.4 打开粗流阀信号 Q0.5 打开细流阀信号 nts无锡太湖学院学士学位论文 20 续表 3-1 Q0.6 产生推袋阀信号 T33T34 启动延时定时器 T35T36 停止延时定时器 IW10 每袋水泥的设定重量（ BCD 输入） PIW10 称重传感器输入重量 DB1.DBW100 保存袋数 DB1.DBW110 保存总重量 3.3.4 程序设计及说明 设计思路： （ 1） 首先顺序延时启动 各 个电机 ,利用定时器顺序触发 ,反序延时停止的程序类似 。 （ 2） 通过在各个电机输出前加一个常闭开关实现紧停 ,或故障停止。 （ 3） 通过数字量输入模块加 BCD 拨码开关设定目标重量 ， 由于输入的是 BCD 数（ IW10） ，故需要将其各个位（百位、十位、个位）分别取出再进行 BCD-I 转换，由于比较量为浮点型，故将其转换成 32 位浮点数。 （ 4） 传感器输入的是实际袋重量 （ PIW10） ，将其转换成浮点型，以便于比较。 （ 5） DB 块 DB1.DBW100,DB1.DBD110 分别保存袋数与总重量运用 ADD 指令实现累加 。 梯形图程序 如下 ： 图 3.4（ Network 1） 图 3.5（ Network 2） nts螺旋式自动定量包装 机设计 21 图 3.6（ Network 3） 图 3.7（ Network 4） 图 3.8（ Network 5） 图 3.9（ Network 6） nts无锡太湖学院学士学位论文 22 图 3.10（ Network 7） 图 3.12（ Network 8） 图 3.13（ Network 9） 图 3.13（ Network 10， 11） nts螺旋式自动定量包装 机设计 23 图 3.13（ Network 12） 图 3.14（ Network 13） 图 3.15（ Network 14） 图 3.16（ Network 15） 图 3.17（ Network 16） nts无锡太湖学院学士学位论文 24 图 3.18（ Network 17） 图 3.19（ Network 18） 图 3.20（ Network 19） 图 3.21（ Network 20） nts螺旋式自动定量包装 机设计 25 图 3.22（ Network 21） 图 3.23（ Network 22） 图 3.24（ Network 23） 3.2.5 设计心得 （ 1） 硬件组态是 PLC 控制的关键部分，要正确配置各个模块需要对输入输出变量有个全局的把握，例如模拟量的位数决定分辨率或精度，总的输入输出点数，决定各个模块的个数。组态过程中还要记录下各个模块的端口地址，以方便编程。程序设计也是 PLC 控制的重要组成部分，程序的好坏直接决定了控制的优劣。设计中要结合外部开关按钮的类型，不同的按钮可能程序有所不同，例如，要对外部输出进行保持， 当外部开关是自锁型的，程序就不一定要自锁，反之则需要自锁。要充分利用各个模块的端口，正确分配地址。 （ 2） 完成整个设计后，熟悉了 PLC 硬件组态及编程过程，初步学会了用 PLC 对简单实际过程进行控制，同时也感觉到看似简单的过程，在进行实际运行时，会产生一系列问题，需要不断调试以满足要求。 nts无锡太湖学院学士学位论文 26 4 气 动控制 系统设计 4.1 气压控制系统的简单介绍 气压传动是以压说空气为工作介质传递力和信息的传动方式，是流体传动与控制的一个分支。气动系统是将气源装置产生具有一定压力能的压缩气体，经管道和中指阀类元件输送到 执行元件，以实现在工程中的应用。 组成气动控制系统的元件和装置及储存、净化等辅助装置，为气动系统提供符合要求的压缩气体。 （ 1） 气源装置 压缩空气的发生装置及储存、净化等辅助装置 ， 为气动系统提供符合要求的压缩气体。 （ 2） 气动执行元件 将压缩空气的压力能转换成机械能，并完成相应动作的元件，如气缸、气马达等。 （ 3） 气动控制元件 控制气流压力、流量和方向的元件，如各种控制阀。 （ 4） 气动逻辑元件 能完成一定逻辑功能的控制元件
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